Ферменты, это биологические катализаторы, обладающие высокой эффективностью и селективностью, которая продемонстрирована во многих работах. Тем не менее, имеются существенные проблемы в их использовании в борьбе с патологическими состояниями и заболеваниями, связанные с доставкой этих биомолекул, решение которых требует разработки различных подходов.
Представленный цикл объединяет работы, посвященные разработке подходов и конструированию фермент-содержащих наноконтейнерных систем для медицинских применений, в частности, для доставки лекарств в центральную нервную систему, мозг, глаз. В ранних работах автора, предваряющих представленный цикл, впервые обнаружена возможность включения ферментов в наноразмерные мембраноподобные агрегаты из природных и синтетических липидов, продемонстрированы особенности и установлены закономерности функционирования биомолекул, определяемые наличием матриц, позволяющие регуляцию и стабильности (предотвращение денатурации (разворачивания) и «разбивание» агрегатов), и функции (проявление суперактивности ферментов, «мягкая» диссоциация на субъединицы, сворачивание белков, компактизация полиэлектролитов).
Распространение антибиотикоустойчивых патогенных микроорганизмов — одна из проблем здравоохранения, решение которой является важной социальной задачей. Новая стратегия борьбы с бактериальными инфекциями связана с бактериолитическими ферментами, способными «разрушать» (лизировать) патогенные микроорганизмы. Так, созданы наноформуляции, в которых ферменты «работают» в течение многих месяцев, показано также повышение эффективности ферментов с помощью магнитомеханической актуации биологических процессов с использованием низкочастотных магнитных полей. Для предложенного нового подхода дистанционного управления функциями ферментов, клеточных мембран и других молекул на магнитных наночастицах с помощью негреющего низкочастотного переменного магнитного поля разработаны экспериментальные основы, что открывает перспективы повышения безопасности методов терапии опасных заболеваний.
Существенный фактор, сопутствующий многим патологическим состояниям, — это активные формы кислорода, которые при чрезмерной их выработке могут способствовать гибели клеток и дегенерации тканей. Разработаны подходы и ряд наноформуляций для доставки (в том числе клеточно-опосредованной) антиоксидантных ферментов (и их генов), обладающих выраженным противовоспалительным действием, дающих защиту нейронам и улучшающих терапию расстройств центральной нервной системы (противовоспалительный и нейропротекторный эффекты в модели болезни Паркинсона), травматических поражений спинного мозга, а также воспалительных заболеваний глаз. Обнаружено, что даже однократное введение нанопрепаратов ферментов улучшает восстановление локомоторных функций и нервной ткани у крыс с травмой спинного мозга. В ходе успешно проведенных под руководством автора доклинических испытаний была продемонстрирована высокая терапевтическая эффективность глазных капель на основе наноформуляции антиоксидантного фермента (наноСОД1) в уменьшении воспаления (увеит) и восстановлении антиоксидантной активности в глазу.
В целом, работы Н. Л. Клячко вносят принципиальный вклад в разработку новых платформ для медицинской практики и открывают новые возможности в создании технологий доставки ферментов, их эффекторов и нуклеиновых кислот в организм.